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q-Saalschuetzの和公式の証明

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$$\newcommand{ab}[1]{\left\lvert #1 \right\rvert} \newcommand{abs}[1]{\mathbb{A_{R}}_{_{#1}}[x]} \newcommand{ae}[0]{\qquad\mathrm{a.e.}} \newcommand{bb}[0]{mathbb} \newcommand{bm}[0]{\boldsymbol} \newcommand{C}[0]{\mathbb C} \newcommand{cls}[2]{{\clsa_{#1}\!\!^{#2}}} \newcommand{de}[0]{\coloneq} \newcommand{f}[2]{{_{#1}F_{#2}}} \newcommand{F}[5]{\f{#1}{#2}\hgs{#3}{#4}{#5}} \newcommand{fg}[2]{\L[\begin{matrix}#1\\ #2\end{matrix}\R]} \newcommand{fh}[0]{\newcommand{\fg}[2]{\L[\begin{matrix}#1\\ #2\end{matrix}\R]}} \newcommand{g}[0]{\Gamma} \newcommand{gf}[2]{\L[\begin{matrix}#1\\ #2\end{matrix}\R]} \newcommand{GL}[1]{\operatorname{GL}_{#1}(\C)} \newcommand{h}[3]{\left[\begin{matrix}#1\\ #2\end{matrix};#3\right]} \newcommand{hgs}[3]{\left[\begin{matrix}#1\\ #2\end{matrix};#3\right]} \newcommand{i}[1]{{-{#1}}} \newcommand{If}[0]{\mathrm{if}\quad} \newcommand{imply}[0]{\implies} \newcommand{isin}[0]{\in} \newcommand{kd}[2]{\delta_{{#1},{#2}}} \newcommand{L}[0]{\left} \newcommand{m}[1]{\left(\matrix{#1}\right)} \newcommand{N}[0]{\mathbb{N}} \newcommand{o}[2]{\ordi{#1}{#2}{}} \newcommand{ok}[2]{\ordi{}{#1}{#2}} \newcommand{ordi}[3]{\frac{d #1^{#3}}{d #2^{#3}}} \newcommand{p}[2]{\part{#1}{#2}{}} \newcommand{p}[2]{{_{#1}\phi_{#2}}} \newcommand{part}[3]{\frac{\partial #1^{#3}}{\partial #2^{#3}}} \newcommand{pk}[2]{\part{}{#1}{#2}} \newcommand{pol}[0]{\operatorname{Pol}} \newcommand{Q}[0]{\mathbb{Q}} \newcommand{Q}[5]{\p{#1}{#2}\hgs{#3}{#4}{#5}} \newcommand{R}[0]{\mathbb{R}} \newcommand{R}[0]{\right} \newcommand{Res}[0]{\operatorname{Res}} \newcommand{rsum}[1]{\sum_{#1}\!^\R} \newcommand{sgn}[0]{\operatorname{sgn}} \newcommand{SL}[1]{\operatorname{SL}_{#1}(\C)} \newcommand{Speed}[0]{\operatorname{Speed}} \newcommand{t}[0]{\vartheta} \newcommand{Z}[0]{\mathbb{Z}} \newcommand{zero}[0]{\overline{\varphi}} $$

ここでは,Saalschuetzの和公式
$$ \F32{a,b,-n}{c,1+a+b-c-n}1=\frac{(c-a, c-b)_n}{(c,c-a-b)_n} $$
$q$類似である$q$-Saalschuetzの和公式を示す.

$q$-Saalschuetzの和公式

\begin{align} \Q32{a,b,q^{-n}}{c,abq^{1-n}/c}{q}&=\frac{(c/a,c/b;q)_n}{(c,c/ab;q)_n} \end{align}

Heineの変換公式
$$ \p21\hgs{a,b}{c}{q;x}=\frac{(abx/c;q)_{\infty}}{(x;q)_{\infty}}\p21\hgs{c/a,c/b}{c}{q;\frac{abx}c} $$
の両辺の$z^n$の係数を比較して,
\begin{align} \frac{(a,b;q)_n}{(c,q;q)_n} &=\sum_{k=0}^n\frac{(c/a,c/b;q)_k}{(c,q;q)_k}\L(\frac c{ab}\R)\frac{(ab/c;q)_{n-k}}{(q;q)_{n-k}}\\ &=\frac{(ab/c;q)_n}{(q;q)_n}\sum_{k=0}^n\frac{(c/a,c/b,q^{-n})_k}{(c,cq^{1-n}/ab,q;q)_k}q^k \end{align}
となるので,$a, b$をそれぞれ$c/a, c/b$に置き換えることで主張を得る.

一般化として, Non-terminating $q$-Saalschuetzの和公式

\begin{align} \Q32{a,b,c}{d,e}{q}&=\frac{(q/d,e/a,e/b,e/c;q)_{\infty}}{(aq/d,bq/d,cq/d,e;q)_{\infty}}-\frac{(q/d,a,b,c,eq/d;q)_{\infty}}{(d/q,aq/d,bq/d,cq/d,e;q)_{\infty}}\Q32{aq/d,bq/d,cq/d}{q^2/d,eq/d}q \end{align}

がある.これは$q$-Saalschuetzの和公式同様,$abcq=de$のときに成立する.また,$q$-Saalschuetzの和公式において$n\to\infty$とすることによってHeineの和公式
$$ \Q21{a,b}{c}{q;\frac c{ab}}=\frac{(c/a,c/b;q)_{\infty}}{(c,c/ab;q)_{\infty}} $$
を得ることができる.つまり古典的な場合において,Saalschuetzの和公式はGaussの和公式を含む.

また,$a\mapsto aq/bc, b\mapsto aq^n, c\mapsto aq/b$という置換により次の系を得る.

$$ \Q32{aq/bc, aq^n, q^{-n}}{aq/b, aq/c}q=\frac{(b,c;q)_n}{(aq/b, aq/c;q)_n}\L(\frac{aq}{bc}\R)^n $$

これの古典的な場合が
$$ \F32{1+a-b-c, a+n, -n}{1+a-b, 1+a-c}1=\frac{(b,c)_n}{(1+a-b, 1+a-c)_n} $$
であり,$a=b=c=\frac12$とすることで,
$$ \beta_n^2=\F32{-n, n+\frac12, \frac12}{1,1}1 $$
のようなものを得ることができる.

投稿日:912
更新日:1011
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